采用升降立柱装置实现保护弹网支设的实践

冯 朝

（上海文化广播影视集团有限公司，上海 200041）

杂技高空类节目演出需要设置保护网，保护网支护常需要在前排观众区设置临时拉网点，利用可借用的墙面、栏杆或预设的拉结点。由于保护网大，张挂点多，其架设与拆除较为费时，为抢时间需要投入较多人力，且手动操作，十分不便。为解决保护网支设问题，赋予保护网更多的功能和演出载体的转化，提出在舞台边设立升降立柱进行保护网支设的设想。

初步设想是在舞台附件设立可升降立柱，采用最少的立柱完成保护主网的支设，或更进一步让立柱承担起拉力要求更高的蹦床弹网的支设，实现蹦床类表演，丰富空中类节目与弹网类节目的演出内容，构成及功能如下：

（1）立柱是挂网活动的条件，可将立柱“升”“降”看作一个独立的单一动作，由专门的装置完成；

（2）拉网绳子受转动驱动，绳子对网产生拉紧和松开的动作，同众人配合拉网，存在动作时机，但绳子的“收”与“放”是独立的运动；

（3）挂网需有挂点，拉网时绳子的高度，或者演出的高度，比如走钢丝表演的高度、蹦床网的高度，把这些高度看作不同的档位，要有专门的机构将绳子挂至不同档位，就是出绳位置调节装置，其活动独立于前两者，且档位调节只能依附于立柱来实现。

基于上述设计思想，设计了采用4套立柱装置构成支网系统的解决方案，实现空中类节目保护网甚至蹦床类节目弹网的支扶。

1 立柱装置的构造

每根升降立柱装置由座架、立柱体、动力驱动组件、出绳滑轮组件、拉网钢丝绳和安全挂钩、拉力测量组件、调节和控制器组成，升降立柱装置构造，如图1所示。其动力和传动组件包括驱动立柱体升降的电机、减速机、制动器、联轴器及相连的刚性链等，驱动拉绳高度调节的伺服电机和收绳紧绳的卷扬机电机。座架基础、卷扬机组、立柱驱动组件固定在地下设备室地面。

图1 升降立柱装置示意图

图2 导向支架与转换架示意图

图3 立柱与刚性链的位置图

图4 出绳位置调节机构示意图

座架、可升降的立柱体均采用钢结构。座架含基础底座、连接框体和上部楼板处的转换架，是支撑和稳固立柱体的主要结构构件。导向组件的导向支架和滑轨借助座架连接框固定，并在上方舞台楼板面，通过转换架与锚固在舞台地面洞口的导靴连接，构成上下多处固定，保证升降平顺。转换架内侧安装沟槽和聚四氟乙烯滑块，立柱升上舞台后在此实现导向与柱根的多节紧密耦合，并被牢牢顶压住。导向支架与转换架的构造如图2所示。

立柱体采用格构式，总长4.16 m，升降行程3.2 m，出舞台表面部分作美化处理，面朝舞台中心的侧面留有2.2 m长的出绳缝，出绳缝采用尼龙条封挡；立柱体外侧设有与导向支架滑轨配合的滑槽，立柱体平时收纳在座架内，升降时候立柱体沿导向支架滑动。立柱体底部通过连接板与立柱驱动组件的刚性链连接，实现立柱体的升降驱动。全套刚性链和驱动装置设置在舞台地下设备间，刚性链作为驱动立柱体运动的组件，直接带动立柱体的升降。立柱与刚性链的位置如图3所示。

图5 立柱体截面图

为了达到挂点和挂点位置自动调整，在立柱体钢结构内部的竖直方向，分别安排了出绳滑轮组件和出绳位置调节机构。出绳位置调节机构包括伺服电机和沿立柱框架自上而下安装的前后两副滚珠丝杠，如图4所示，立柱体截面如图5所示。伺服电机固定于立柱框架下部中央位置，电机转轴上叠合有棘轮与主齿轮，滚珠丝杠上下端分别与立柱上顶板和2个从齿轮盘连接固定，出绳滑轮组件的轴承基座与丝杠锁母连接固定。滚珠丝杠的功能是将回转运动转化为直线运动，当伺服电机开始运转，中央的主齿轮带动两边的从齿轮同向转动，滚珠丝杠跟随回转，从而带动出绳滑轮组件作上下移动，改变出绳的位置高度。丝杠长度3 m，出绳点上下位置可调整范围为2.2 m。

立柱体内的出绳滑轮组件，包括电动滑轮以及其导向运动机构，主要用作卷扬机送绳或收绳的导向，并在滚珠丝杠的转动下达到出绳位置上下移动的调节作用。

卷扬机系统包括电机、卷筒以及钢丝绳，如图6所示。电机带动卷筒旋转，收入或放出钢丝绳。卷扬机动力设备和卷筒设置于舞台地下设备间地面。卷筒钢丝绳经座架导向，竖直从立柱体内通过，再经立柱体内的出绳滑轮组件，从出绳位置缝隙水平引出，出绳绳头装有安全挂钩，可与拉网绳索进行挂接。

卷扬机卷筒上安装有棘轮和棘爪，如图7所示，其作用是保证钢丝绳的单向运动，防止拉网期间的逆转。棘轮和棘爪起到了如同手动紧绳器的作用，在收绳阶段，既能步进调节，防止网绳逆向动作，又能起到锁定的作用。

图6 卷扬机系统平面图

图7 卷扬机棘轮棘爪示意图

卷扬机减速器尾部安装了行程检测装置，作为立柱升降阶段绳子收放的统计辅助，记录绳子送出或收回长度，对多放出的绳子会收回同样多的绳子，从而保证收绳一致。系统电脑会根据场景预设数据，巡检预设定量与反馈读数，以便警示几个立柱挂点的状态。

2 立柱主要功能的实现

立柱的刚性链、卷扬机、滚珠丝杠三大组件分别对应升降、出绳高低调节和拉网缆绳收放的功能。立柱运动、人工挂绳、出绳高度调节、收放绳、同步紧绳这些动作存在许多组合，各组合在电脑控制下根据场景设计要求，形成与演出内容一致的动作效果。

以立柱的上升为例，当收到“升柱”动作信号，立柱从位于地下室的收藏状态，转为上升启动状态，刚性链驱动立柱钢结构沿座架导向支架滑升，卷扬机同步启动；立柱从舞台面升出，出绳滑轮组件从位于立柱内的高点位置，随着滚珠丝杠驱动滑轮组件移动下行，卷扬机放绳机构放出钢丝绳与挂钩，等待人员挂网。当立柱升到最高点，卷扬机转换为收绳，丝杠切换为向上移动，出绳位置跟随滑轮组件上移直至到达演出拉网高度而停止，卷扬机继续收紧绳子，直到立柱达到演出要求的紧绳拉力值。

立柱的“降柱”动作，立柱内的电机驱动滚珠丝杠与出绳滑轮组件下降到合适位置，卷扬机放绳，演员将网从安全挂钩上摘下，出绳滑轮在电机驱动下向上复位，同时刚性链驱动立柱整体下降，卷扬机收绳，直至立柱顶面与舞台面齐平。

立柱的“升”“降”过程中，唯一需要人工参与的是网绳的挂钩动作。其一，考虑到每个人的动作时间不一，由丝杠驱动的出绳滑轮组件被设计为先向下移动、再向上移动的过程，故无需过多考虑挂钩的最佳位置；丝杠单次全程移动时间为7 s，其时间也可根据实际运转情况调整。其二，考虑了拉网钢丝绳长度因素，因网大小不一，需要拉网绳子的长短不同，故演员需要等待一定长度的钢丝绳全部吐出来后才能完成挂网；立柱最长出绳3 m，钢丝绳跟随立柱到达顶点前，原被收纳的钢丝绳会被全部放出以适合不同的拉绳长度需要。

钢丝绳出绳位置调节设计了较大的变动范围。立柱丝杠有2.2 m的可调范围，出绳高点在舞台面3 m处，低点在舞台面0.8 m位置。当每根立柱被指定不同的拉网高度，如空中节目保护网不同高低的挂点位置；或不同的演出平台使用，如利用立柱架设的走钢丝节目；或根据演出内容需要，如演出前奏的“网缓起”和演出近尾声的“网缓降”的特定状态；以及当一种演出方式转换为另一种而进行的“换场调节”，均需要出绳移动调节。

以上需要的缓“上网”和缓“下网”动作，须解除出绳锁定后才可调节。前者代表网已挂钩，演员与道具在表演中乘网还在地面或较松弛的状态时入网，方便如自行车等道具的上网。后者代表演出接近尾声，演员和道具随网放松降下至最低的高度然后下网，营造出演出衔接的自然紧凑。

为保证数根立柱组成的支网系统，立柱拉力均能达到预设定量，支网被最终均匀拉直，每根立柱都安装了绳缆拉力感应器，感应器反馈数据作为系统电脑判断柱子是否仍需要继续加力的依据，并根据场景设定数值执行对应动作。立柱卷扬机组件利用卷筒棘轮棘爪的单向收绳功能，在每一次的拉力信号要求下，逐步拉紧网绳，达到自动紧绳的目的。各拉点在系统电脑的统一指挥下被均匀拉紧，无拉绳过长过短现象。

3 立柱装置的特点与解决措施

采用立柱装置构成的支网系统，做到挂后不管，可以减轻人力，提高挂网效率；能够实现“一柱多用”和“一网两用”，使演出的形式和内容有更多的选择，增加空中类节目和弹网类节目的融合，利于新节目的推出。

3.1 减少拉点

采用立柱自动拉网的一个目的是要减少拉点，而不仅仅是代替人工支网，要用较少的立柱来承担原来全部拉点的拉力，需要增大每一个拉点的拉力，涉及到配置多少立柱、设置多大的立柱间距问题。

以《空中浪桥双向飞人》节目为例，护网中间段保护范围长12 m、宽9 m，离地2.5 m，两侧等宽的侧护网，侧向延伸至15 m高处。全网合计30多个拉网点，其中，中间段前后共12个拉点，6个为多爪拉点，手动紧绳，每处拉点拉力在220 kg～440 kg之间不等。

采用4套升降立柱装置支设以上保护网，立柱装置位于马圈舞台14 m×12 m矩形的边角位置，立柱均升至最高高度3.2 m，拉网出绳位置高度3.0 m，均使用多爪拉索与立柱挂钩连接；而侧护网仍使用原拉点位置，即利用舞台两侧上方马道和空中龙门架完成拉护，如图8所示。

4根立柱因拉网高度一致，在护网被拉伸至与原形态基本一致时，前后主索顺直，网中部因自重自然下垂，拉网拉力均显示在近1 000 kg，人员下落和踩网无触地，与手动支网无差异。

3.2 一网两用

采用立柱的另一个目的是实现一网两用。空中类节目的护网仅实现防止人员失误落下的保护功能，不能提供其他用途，如用弹性网代替护网，兼顾空中保护和弹跳类节目需求，让网成为新的演出平台，实现如蹦床类节目的演出，如图9所示，则立柱装置更有价值。为此，重点实验4根立柱对整张弹力网的支设，保证弹网的使用。

图8 使用立柱支设的弹网

图9 一网两用

为掌握蹦床类节目使用弹网的受力变化状况，针对4根立柱间距，专门制作了一张长12 m、宽10 m的弹网，以16 mm钢丝绳代替钢质边框，钢丝绳周围编织时加入了一部分的弹性材料代替蹦床的弹簧，中间区域使用无弹性材料编织，每股编织线具有沿各方向延伸能力，钢丝绳在网的四角结成绳扣。弹网在制作后进行了出厂试拉，能达到35 kN的张拉值，承受100 kg、9 m高度的冲击。

立柱仍设置在14 m×12 m的对角线位置，立柱均升至3.2 m高度，弹网出绳高度调整至2.5 m。当电脑系统显示每根立柱拉力达到1 600 kg时，弹网钢丝绳绷紧平直，弹网平整均匀；增加至每根柱子拉力为2 300 kg时，立柱与弹网均正常；至3 200 kg时，弹网钢丝绳绷紧仍平直，弹网平整均匀无皱褶，表明4根立柱可以完成弹网的张设。采用沙袋分别从离网6 m和9 m高度投放，弹网未有触地，立柱与弹网正常。每根立柱拉力回复至2 300 kg时，上网演员脚感和网的弹起力与平时训练一致，能够完成各种弹跳翻转动作，在网上6人合力踩网下，中心演员可以弹跳至6 m高度；立柱拉力增加至2 700 kg，在6人再次合力踩网下，中心演员可以轻松弹跳6 m以上高度。

实验结果表明：（1）4根立柱可以完成弹网的挂设，采用立柱支设的弹网，能够完成杂技蹦床类节目的高弹跳动作，也同样能达到高空类节目保护作用，演员对采用立柱支设的弹网能够很快调整适应；（2）采用立柱挂设保护网，保护网在落地安全距离条件满足的情况下，网的绷紧程度相对蹦床弹网要低，但由于减少了拉网点，每拉点拉力增大，保护网主网拉索和边网绳索的承拉能力提高；（3）弹网作为表演主要平台，弹网绷得越紧，演员脚感越轻松，人从高空落下和弹起动作发挥越好，而立柱能提供相应的拉力绷紧弹网，又能抵抗拉网反力，保证立柱稳固不变形不倾覆；（4）采用刚性链和卷扬机动力系统较容易满足拉力需求，立柱的刚性成为设计主要关注点。

实验中在进行合力连续踩网的动作时，弹网被众演员一起拉低至最低又弹起，立柱出现稍稍摆动，但拉网网绳仍被紧拉的现象。

已知立柱装置按照50 kN的侧向荷载力设计，立柱总长4.16 m，升出舞台面3.2 m，留存在座架内的余部作为立柱根部，其外侧滑槽组件与钢座架上部的转换框架的槽体通过刚性链驱动，两者紧密镶嵌，相当于悬臂梁的绞合，两者的结合紧密程度决定了立柱的稳态（见图10）。嵌入滑槽组件内滑块的选择，应满足支点最大受力50×3.2/0.96=166 kN的参数要求。

存在此现象的原因，一是立柱体与座架的结合仍需加强提高，二是滑块已多次试验可能磨损。在导向形式已确定情况下，为保证使用，除检查滑块情况，在立柱和座架之间通过增设电动插销的办法，增加两者间的锁闭，增大立柱体与座架之间的绞合程度，防止缝隙的产生，抵消因拉绳变动产生的拉力变化。

在弹网发生因各种跳动在高弹冲击瞬间而拉绳角度改变时，使得拉绳从仅有水平方向的侧向拉力改变为变化着的竖向分力与水平分力，该竖向分力和水平分力传递和作用至座架地面和舞台楼板结构面，立柱和座架作为整体时又可总体视作轴向受力构件，座架应保证有足够的座底锚固能力以产生足够的抗压和抗拔力，对上部楼板结构面需有足够的侧向顶撑能力。通过加大座架底面积以避免对建筑的损坏，地下室地面每座架埋设了多组基础埋板，使用化学锚栓锚固，每块最大可承受竖直方向拉力4 kN，压力4 kN，水平方向剪力12 kN。舞台楼板面洞口位置的导靴，也使用同规格化学锚栓固定。

图10 测试升降立柱的稳定性

4 总结

（1）立柱主要性能指标是侧向荷载力，其值既包含正常拉网拉力又包含演员表演中对网的冲击力。确定了立柱和网的最大保护范围，就决定了在使用中立柱分担的承载力、立柱设置间距、立柱使用数量和所用网或其他载具的性能要求。而确定了立柱的承载力，就定了其构造形式、驱动力大小、调节能力和调节机构的类型。

（2）升上舞台面的立柱体犹如悬臂梁，无任何的前后支撑或反向拉索，悬臂梁特性决定了其受拉受弯的挠度或变形特性，以及在舞台面根部支点位置处的弯矩特性，故在设计立柱体形式和尺寸时，需要考虑各种使用状态中最不利的条件，当侧向拉力超出原定量时，应增大悬臂梁的截面维度以增大抗弯抗变形能力；或考虑调整立柱的构造形式，并选用更高强度性能材料。

（3）弹网发生的节奏性弹动，特别是在数人合力作用下的弹网深度拉低连续跳动，使得拉绳改变为跟随拉绳上下波动，易引起立柱的摆动，避免和减小立柱的晃动量，在立柱体刚性保证前提下，要加大和提高悬臂梁的绞合程度。应选择合适的立柱与座架间的导向形式，提高精度，减少导向间隙。

（4）采用升降立柱挂设弹网，弹网在绷紧尤其在弹跳时，网对立柱的考验极大，应考虑建筑现场条件是否具备使用条件，特别是地面的承载能力与楼板的侧向支撑能力，应对地面耐压、抗挤压能力、各支撑点、连接点的受力计算与加固。

（5）支网系统的引入，主要目的是丰富演出内容，增加空中节目和网上节目的融合，为新节目的推出提供先决条件。采用弹网作为演出载体平台，配合空中如车船大型载具上的表演形式，构筑上中下多层次的表演空间，空中类节目演员不仅仅局限在空中载具上演出，弹网上演员不单单演出蹦床的弹跳动作，就像自行车节目可以搬上弹网骑行，浪桥可以放在舞台地面演出荡秋千和空中翻飞腾跃动作。这些装置为节目创作、编排赋予新内涵和演出形式，演绎出更加多彩的演出效果。

总之，为杂技高空类节目演出的舞台边设立升降立柱进行保护网支设，通过对采用刚性链、卷扬机、滚珠丝杠组成的立柱装置完成拉网的功能，并使用升降立柱实现弹网的支设，既解决保护网支设的问题，又赋予保护网更多的功能和演出载体的转化，很好地支撑了高空类节目演出的艺术呈现，促进了技术与艺术完美融合。